Campusbrücke Opladen

Une nouvelle famille de ponts en acier résistant aux intempéries

1 Concept de structure porteuse : restriction et variance

Les structures porteuses des ponts au-dessus des installations ferroviaires doivent répondre à des conditions limites très restrictives. Ainsi, le franchissement de voies ferrées électrifiées exige des gabarits relativement élevés à maintenir libres. Des structures porteuses situées en bas augmenteraient encore le niveau du pont et donc les longueurs de rampe nécessaires. Dans le concept de pont en auge choisi, la hauteur statique nécessaire est également utilisée comme élément d'aménagement. La géométrie des joues latérales est réalisée en affinité avec le moment de flexion, la hauteur maximale au milieu de la travée variant en fonction de la portée respective ; le comportement porteur est lisible.

Le montage des superstructures au-dessus des voies ferrées en service ne peut se faire que pendant des périodes de fermeture des voies courtes et coordonnées longtemps à l'avance. Les concepts de structures porteuses nécessitant un soutien temporaire pour les états intermédiaires augmentent donc considérablement les coûts de montage et de sécurisation. C'est pourquoi les travées du pont sont conçues comme des segments de poutre à une travée entièrement préfabriqués.

2 Développement de la géométrie

Les segments de pont ont été développés à l'aide de modèles géométriques à commande paramétrique, sur la base d'aspects conceptuels et fonctionnels et d'aspects statiques et constructifs préalablement définis.

Les modèles 3D ont été construits dans le logiciel Rhino 4 de Mc Neal ou à l'aide du plug-in Grasshopper. Tous les éléments ont été définis mathématiquement sur la base du rayon du pont, défini par les points du système des culées, les profils d'espace libre et la pente longitudinale maximale admissible. Les positions des piliers, qui se trouvent au milieu des couloirs étroits entre les voies, divisent l'axe longitudinal du pont en travées individuelles de différentes longueurs. La hauteur statiquement nécessaire des joues latérales est déduite des portées respectives.

En plus de la géométrie de la section porteuse de l'auge, des études de forme ont été réalisées pour la hauteur et l'inclinaison des lamelles. Ainsi, en très peu de temps, la modification des différents paramètres a permis de créer et de comparer un grand nombre de modèles avec différents écartements de lamelles, –hauteurs et inclinaisons, formes d'ondes, etc.

Les modèles géométriques ont été transmis au logiciel de calcul de structure (Sofistik) par le biais d'interfaces programmées à cet effet, où le comportement structurel a été étudié plus en détail à l'aide de modèles surfaciques FEM. Dans un processus itératif, l'adaptation de certains paramètres du modèle géométrique a ainsi permis d'optimiser le comportement structurel par les calculs statiques.

La transmission de la géométrie aux entreprises exécutantes a eu lieu ultérieurement ; à cette occasion, la géométrie du système a été définie sous forme de tableau de coordonnées et transmise aux entreprises exécutantes. Ainsi, le jeu de données développé paramétriquement constitue la base de la fabrication à commande numérique.

3 Construction

3.1 Superstructure

La superstructure du pont est constituée de deux poutres principales reliées par des nervures transversales et un tablier pour former une section en auge. Au niveau des appuis, les poutres principales, réalisées sous forme de profilés en Z soudés, présentent une hauteur de 550 mm mesurée à l'aplomb et de 1200 mm au maximum au milieu de la travée. L'aile supérieure a une largeur statique de 220 mm et une épaisseur de 12 mm. Un tablier de 8 mm d'épaisseur fait office d'aile inférieure. Les brides supérieure et inférieure sont reliées par une tôle d'âme de 8 mm d'épaisseur inclinée de 10 degrés vers l'extérieur. Pour le dimensionnement du matériau de construction „acier résistant aux intempéries&ldquo ; pour la superstructure, on suppose dans les calculs une érosion de 1mm sur le pourtour des sections. Les vérifications sont ensuite effectuées pour la section critique nette ou brute. On utilise exclusivement de l'acier plat S355 J2 W +N (laminé à chaud) selon la norme DIN EN 10025-5.

Pour éviter le flambage des tôles d'âme et pour soutenir le tablier supérieur contre les déviations latérales, des nervures de renforcement apparaissant de manière marquante sont prévues à intervalles réguliers, qui passent en outre sous le pont et forment les nervures transversales du tablier orthotrope. L'épaisseur de la tôle est de 10 mm. L'écartement des nervures transversales, qui varie pour chaque travée du pont, est de 620 mm au maximum. Au niveau des appuis et des jonctions de pont, les nervures transversales sont reliées à une tôle insérée horizontalement pour former un profilé creux, afin d'absorber les sollicitations plus élevées en tant que traverse d'extrémité et de les transmettre à la paire d'appuis.

3.2 Soubassement

L'appui de la superstructure est assuré par des appuis en élastomère sur les piles du pont et les murs de culée. Des voiles en béton armé de 4,00m x 1,20m servent de support central à la superstructure. Ces dimensions résultent de l'étroitesse de la voie ferrée et des forces d'impact élevées qui en résultent pour les trains à grande vitesse. Les piliers sont alignés à angle droit par rapport aux poutres principales et sont fondés sur des pieux forés.

4. accès au pont

4.1 Balcon urbain du pont de la gare

Le pont nord est coupé de manière apparemment orthogonale „&ldquo ; au niveau du bâtiment de la gare d'Opladen. Le pont se termine à une hauteur d'environ sept mètres au-dessus du niveau de la rue située en dessous. Cette fin frappante &ndash ; une liaison manifestement inachevée - devient le symbole de la transformation entamée de la ville.

En l'état actuel, il en résulte un „balcon urbain&ldquo ; qui invite à regarder l'animation autour de la gare d'Opladen et du centre-ville. Après le démontage des voies de marchandises actuelles, un bâtiment public sera directement accolé au pont et assurera la fonction de liaison verticale. D'ici là, une construction en forme de rampe ainsi qu'une tour d'escaliers avec ascenseur se rattachent au pont sur le côté. Dans la tour, une structure d'escalier en acier s'enroule autour d'un noyau d'ascenseur en béton armé. Des profilés creux rectangulaires coudés s'étendent vers l'extérieur depuis le noyau en béton armé et supportent les longerons d'escalier en spirale et le revêtement de sol.

De l'intérieur, la cage d'escalier est éclairée de manière efficace, ce qui garantit la luminosité nécessaire à la fonction, tandis que l'ouvrage de desserte vertical apparaît dans l'obscurité comme le prélude marquant de la traversée.

4.2 Ouvrage de la rampe du pont du campus Est

L'espace disponible pour la rampe se trouve dans le prolongement direct du parc local "Grünes Kreuz", c'est pourquoi la réalisation de la rampe d'accès en tant qu'ouvrage paysager offrant des qualités de séjour s'est imposée comme une évidence. Un espace vert en pente douce vers l'est a été aménagé en gradins, bordé de gabions ou de murs de soutènement dans trois directions.

4.3 Accès temporaire au pont du campus ouest

A l'extrémité ouest du pont du campus, d'autres situations intermédiaires doivent être prises en compte. Après le déplacement de la voie de marchandises, seule l'avenue ferroviaire prévue, une route orientée nord-sud avec un faible gabarit, devra être traversée. Dans l'état actuel, il faut cependant traverser les voies de marchandises situées à l'ouest de la culée, qui ont un gabarit de sept bons mètres de haut. Le problème a été résolu par une astuce technique dans la conception du pont. La culée ouest forme un plateau à environ cinq mètres au-dessus du niveau de la route, c'est-à-dire la hauteur dans l'état final après le déplacement de la ligne de fret. La travée la plus à l'ouest du pont doit descendre vers cette culée avec une pente de 6% à l'état final. Dans l'état provisoire, cette travée est toutefois installée avec une rotation de 180 degrés, la pente devient ainsi une montée, et le seuil ouest de la travée se termine sur une plateforme temporaire à 6,50 m au-dessus du plateau de la culée. De là, une courte rampe et une travée de pont temporaire enjambent les voies de marchandises déjà mentionnées et se terminent par une rampe en spirale, également temporaire, constituée d'échafaudages et installée sur un parking.

Rapport explicatif de Knippers Helbig pour la soumission au Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015